[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)亞穩(wěn)定β型鈦合金棒材及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410011297.1
• 申請(qǐng)日: 2015-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN104726746A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程軍;牛金龍;于振濤;余森;劉少輝;張亞峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號(hào): C22C14/00
• 分類號(hào): C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)亞穩(wěn)定β型鈦合金棒材及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金因具有較高的比強(qiáng)度和良好的綜合力學(xué)性能，已被廣泛地應(yīng)用于航空、航天、船舶、石油、化工、車輛工程和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。高強(qiáng)鈦合金通常是指經(jīng)熱處理后室溫抗拉強(qiáng)度R_m不小于1100MPa的鈦合金。β型鈦合金擁有優(yōu)異的冷熱塑性加工性能和易鍛造變形性能，可通過固溶+時(shí)效處理或者形變熱處理工藝得到較高的綜合力學(xué)性能。目前，國(guó)內(nèi)外在航空飛行器上獲得實(shí)際應(yīng)用的高強(qiáng)β型鈦合金主要有Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-1023)，Ti-5Al-5Mo-5V-1Fe-1Cr(BT22)，Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si(β-21S)，Ti-8V-6Cr-4Mo-4Zr-3Al(β-C)，Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.6Fe(Timetal555)，Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr(VST55531)，Ti-3Al-5Mo-5V-8Cr(TB2)等。通常，β型鈦合金的β相穩(wěn)定系數(shù)≥1，β相穩(wěn)定系數(shù)在1.5～2.5之間的β型鈦合金叫做亞穩(wěn)定β型鈦合金。β型鈦合金在β單相區(qū)固溶后急速冷卻可獲得幾乎全部為亞穩(wěn)β相的顯微組織，亞穩(wěn)定β相在低溫時(shí)效熱處理過程中發(fā)生相分解，在β基體上彌散析出細(xì)小次生α相(α_s)，使得合金的強(qiáng)度增加。亞穩(wěn)定β型鈦合金的綜合力學(xué)性能主要取決于合金成分，熱加工工藝，熱處理制度和顯微組織(包括晶粒度、晶界處α相析出量、初生和次生α相的形貌和尺寸等)。

Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al合金(TB2)是一種亞穩(wěn)定β型鈦合金，已有研究表明：該合金具有強(qiáng)度高、淬透性和斷裂韌性良好等優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。但是，TB2合金在被用作大截面鍛造結(jié)構(gòu)件時(shí)，在使用過程發(fā)現(xiàn)其可鍛造加工性能和具有高強(qiáng)度時(shí)的延伸率均不及高強(qiáng)度α+β型鈦合金。高合金化是造成亞穩(wěn)定β型鈦合金TB2大截面鍛造結(jié)構(gòu)件延伸率低和可鍛造加工性能差的主要原因之一。TB2鈦合金中的Cr含量為8％，同早期其他β型鈦合金相比其Cr含量較高，使得合金的β轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度(T_β)較低，在β相區(qū)鍛造加工時(shí)，由于顯微組織中沒有α相，且破碎的β晶粒在鍛造過程中又被反復(fù)加熱，致使晶粒再次長(zhǎng)大，造成顯微組織粗化，這將嚴(yán)重影響合金的延伸率。另外，高Cr含量還會(huì)使得TB2合金在鍛造變形過程中的變形抗力增加，致使鍛造溫度高、火次多，延長(zhǎng)了整個(gè)鍛件的熱加工工序，造成最終熱鍛組織粗大，降低了合金的室溫塑性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高強(qiáng)亞穩(wěn)定β型鈦合金棒材，該高強(qiáng)亞穩(wěn)定β型鈦合金棒材具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能：室溫條件下的抗拉強(qiáng)度≥1290MPa，屈服強(qiáng)度≥1190MPa，延伸率≥11％，斷面收縮率≥45％。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高強(qiáng)亞穩(wěn)定β型鈦合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的成分組成：Al?3％，V?5％，Mo?5％，Cr?4％～6％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)；所述高強(qiáng)亞穩(wěn)定β型鈦合金棒材在室溫條件下的抗拉強(qiáng)度≥1290MPa。

上述的一種高強(qiáng)亞穩(wěn)定β型鈦合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的成分組成：Al?3％，V?5％，Mo?5％，Cr?4％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種高強(qiáng)亞穩(wěn)定β型鈦合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的成分組成：Al?3％，V?5％，Mo?5％，Cr?5％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種高強(qiáng)亞穩(wěn)定β型鈦合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的成分組成：Al?3％，V?5％，Mo?5％，Cr?6％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了制備該高強(qiáng)亞穩(wěn)定β型鈦合金棒材的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、將0級(jí)海綿鈦、鉬粉、Al-V中間合金和鉻片按設(shè)計(jì)成分混合均勻后壓制成電極棒，將多個(gè)電極棒焊接成電極，然后將所述電極置于真空電弧熔煉爐中，經(jīng)過三次熔煉制備得到鈦合金鑄錠；

步驟二、將步驟一中所述鈦合金鑄錠置于3150T油壓機(jī)中，在溫度為1100℃～1200℃的條件下進(jìn)行開坯鍛造，得到鍛坯；

步驟三、將步驟二中所述鍛坯置于1250T快鍛機(jī)組中，在溫度為850℃～950℃的條件下進(jìn)行墩拔鍛造，得到鍛件，然后將所述鍛件置于精鍛機(jī)中，在溫度為750℃～850℃的條件下進(jìn)行徑向鍛造，得到半成品鈦合金棒材；